[发明专利]嵌套式共轴双转子垂直轴风力机的风轮装置

说明书

一种嵌套式共轴双转子垂直轴风力机的风轮装置，包括：主轴、底座、内层桨叶机构和外层桨叶机构，其中：主轴设置于底座上，内层桨叶机构和外层桨叶机构设置于主轴上；内层桨叶机构位于外层桨叶机构内，且旋转方向相反；外层桨叶机构包括：一组外层桨叶和/或外层风力臂，其中：内层桨叶机构和外层桨叶机构结构相同；本发明通过内层桨叶机构和外层桨叶机构的反向旋转，改善流场品质，抑制外层桨叶的有效攻角，减弱流动分离，从而提高功率系数和风能利用率。Δ型嵌套式共轴双转子垂直轴风力机。

技术领域

本发明涉及的是一种风力发电设备领域的技术，具体是一种嵌套式共轴双转子垂直轴风力机的风轮装置。

背景技术

目前大部分风力机机群还是选用了水平轴风力机，但是水平轴风力机对风向的适应能力相对不足，结构、成本、噪声等问题也很突出。垂直轴风力机则可以利用其简单的外形，较低的成本，更小的噪声和更高的单位风场面积风能利用率，在复杂风场下持续稳定的进行发电。而目前针对垂直轴风力机的研究并不多，对如何利用其特点进行优化还不完善。更重要在于如何利用非定常空气动力学来指导设计高功率系数的垂直轴风力机，目前还鲜见有相关成果报道。

发明内容

本发明针对现有技术受到设计原理的限制，发电效率无法得到进一步提高的问题，利用非定常空气动力学原理，提出一种嵌套式共轴双转子垂直轴风力机的风轮装置，通过在现有垂直轴风力机风轮内部加装一个相同结构但旋转方向相反的风轮结构，调节桨叶与风力臂的安装角度、内层转子与外层转子的转速和相位角及其间的间距等参数，依据非定常脱涡干扰原理等非定常空气动力学流动机理对外层桨叶的绕流特性加以改善，进而提升其功率系数和整机的输出功率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：主轴、底座、内层桨叶机构和外层桨叶机构，其中：主轴设置于底座上，内层桨叶机构和外层桨叶机构设置于主轴上；内层桨叶机构位于外层桨叶机构内，且旋转方向相反。

所述的外层桨叶机构为一组竖直环形设置的外层桨叶，每个外层桨叶竖直方向的端面与主轴相连。

所述的一组外层桨叶中相邻桨叶的放置方向相同，即均为顺时针方向或逆时针方向；或方向相反。

所述的内层桨叶机构为一组竖直环形设置的内层桨叶，每个内层桨叶竖直方向的端面与主轴相连。

所述的一组内层桨叶中相邻桨叶的放置方向与所述的外层桨叶的方向相反。

所述的外层桨叶机构和/或内层桨叶机构中设有风力臂，该外层桨叶和/或内层桨叶通过风力臂与主轴相连。

所述的同侧的内层桨叶和外层桨叶放置方向相反。

所述的内层桨叶或外层桨叶的数量优选为2至6片。

所述的内层桨叶与外层桨叶的弦长比优选为0.3～0.7。

所述的内层桨叶与外层桨叶的旋转半径比优选为0.3～0.7。

所述的内层桨叶的弦长与旋转半径之比优选为0.1～0.3。

所述的外层桨叶的弦长与旋转半径之比优选为0.1～0.25。

技术效果

与现有技术相比，本发明通过与外层桨叶机构旋转方向相反的内层桨叶机构的转动，对气流流场进行改善，使外层桨叶旋转至低气动力矩区域时，减少在此区域由于气流分离导致的阻力，从而减少此区域气动力矩降低的值，使外层桨叶的时均力矩和外层桨叶的功率系数提升30％以上。加上内层桨叶的功率系数，使整机的输出功率得到了巨大的提升，对于能源行业的发展具有巨大的意义推动作用和实际应用价值。

附图说明

图1为现有风轮结构示意图；

图2为本发明结构示意图；